【正文】 [10] Govind P. Agrawal 著 , 賈東方等譯 . 非線性光纖光學(xué)原理及應(yīng)用 [M]. 北京 : 電子工業(yè)出版社 , 2020. [11] 李玉全 , 朱勇 , 王江平 . 光通信原理與技術(shù) [M]. 北京 .科學(xué)出版社 , 2020 第 17 頁(yè) 共 18 頁(yè) 致 謝 第 18 頁(yè) 共 18 頁(yè) 聲 明 本論文的工作是 2020 年 3 月至 2020 年 6 月 在成都信息工程學(xué)院光電技術(shù) 學(xué)院 完成的。 特此聲明！ 作者簽名： 年 月 日 。 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說(shuō)明： 本人完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括： (1)學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門(mén)遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。 當(dāng) N=20 時(shí)高斯脈沖 變化 情況 圖 當(dāng) N=10 時(shí)的二維波形變化圖 圖 當(dāng) N=20 時(shí)的三維波形分裂圖 第 13 頁(yè) 共 18 頁(yè) 在 N=20 的情況下，當(dāng) DzL = 時(shí) 開(kāi)始 出現(xiàn)明顯的波形分裂顯現(xiàn)， 并且隨傳輸距離的增大， 由剛開(kāi)始的尖頂漸漸的變成平頂，而且平頂比 N=10 的更平，變化過(guò)程也要比 N=10 時(shí)的快 ，脈沖的展寬要比 N=10 時(shí)的寬 。第一步，僅有非線性作用，方程 ()中的 ?D =0；第二步，僅色散作用，方程中的 ?N =0。 在正常色散 （ 2 0?? ） ，GVD 和 SPM 可用來(lái)進(jìn)行脈沖壓縮 [9]。 當(dāng)光纖長(zhǎng) L??LD，但 L 和 LNL相當(dāng)時(shí)，方程 ()的色散項(xiàng)較非線性項(xiàng)可以忽略 （ 只要脈沖有平滑的外形，以至于 ?2/??2約為 1） 。然而，當(dāng)入射脈沖的脈寬變窄及能量增大時(shí)。根據(jù) L， LD及 LNL之間的相對(duì)大小，傳輸特性可分為四類。 參量effA稱為有效纖芯截面。因?yàn)?0? 約為 1510 Hz， 最后一項(xiàng)假定對(duì)脈寬 ? 的脈沖成立。但是在遠(yuǎn)離介質(zhì)的共振 頻率處， P 和 E 的關(guān)系式可唯像的寫(xiě)成 ()。 3 脈沖在光纖中傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ) 麥克斯韋方程組 像其它的電磁現(xiàn)象一樣，光纖中光脈沖的傳輸也服從麥克斯韋方程組，在國(guó)際單位制中，該方程組可寫(xiě)成 BE t??? ??? () DHJ t??? ? ? ? () fD ??? ? () 0B?? ? () 式中， E ， H 分別為電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量； D ， B 分別為電位移矢量和磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量；電流密度矢量 J 和電荷密度f(wàn)?表示電磁場(chǎng)的源。 SPM 指的是光場(chǎng)在光纖內(nèi)傳輸時(shí)光場(chǎng)本身引起的相移，它的大小可以通過(guò)記錄光場(chǎng)相位的變化得到 20 2 0()nk L n n E k L? ? ? ? () 式中， k0=2 ?π ， L 是光纖長(zhǎng)度。因此 (3)? 是光纖中最低階亦是最重要的非線性 效應(yīng)。 ?2表示群速度色散，和脈沖展寬有關(guān)。實(shí)際光源發(fā)出的光不是單色的，而是有一定的波長(zhǎng)范圍。 光纖的色散導(dǎo)致了光脈沖在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生啁啾 ， 從而導(dǎo)致光脈沖的展寬 [6]。光纖的加熱制造過(guò)程中，熱擾動(dòng)使原子產(chǎn)生壓縮性的不均勻，造成材料密度不均勻，進(jìn)一步造成折射率不均勻。光纖的彎曲有隨機(jī)微彎曲 和外力彎曲。 參量 V決定了光纖中能容納的模式數(shù)量。包層外面是 5～ 40μm的涂覆層，材料是環(huán)氧樹(shù)脂或硅橡膠，其作用是增強(qiáng)光纖的機(jī)械強(qiáng)度。 長(zhǎng)距離傳輸必須克服色散和非線性效應(yīng)的影響。 目前，隨著高速、大容量光通信技術(shù)的發(fā)展，光 脈沖在非線性色散光纖中的研究越來(lái)越引起人們的關(guān)注。 損耗水平現(xiàn)在主要來(lái)自于瑞利散射這個(gè)基本過(guò)程。 結(jié)果表明， 隨著傳輸距離的增大，脈沖逐漸展寬，波形也由開(kāi)始的尖頂漸漸的變成了平頂，并且在某個(gè)距離處在脈沖前后沿附近開(kāi)始出現(xiàn)高頻振蕩結(jié)構(gòu)，即出現(xiàn)了波形分裂現(xiàn)象；孤子參數(shù)越大，脈沖展寬速度越快，波形由尖頂變成平頂所需要的傳輸距離越短，波形分裂現(xiàn)象出現(xiàn)得也越早越顯著。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門(mén)送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。 本文從光纖中的非線性薛定諤方程出發(fā)，采用分步傅立葉算法，數(shù)值模擬了 光纖正色散區(qū) 高斯光脈沖波形隨傳輸距離、孤子 參數(shù)的變化規(guī)律 ，并對(duì)脈沖分裂規(guī)律作了總結(jié) 。這些早期的光纖按現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)看具有很高的損耗，隨著光纖制造技術(shù)的發(fā)展，在 1979年已 波長(zhǎng)附近的損耗降低到約 。 而 孤子參數(shù) 的存在將極大地影響脈沖的傳輸特性。為了滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)男枰?，必須在光纖線路上加入中繼器，以補(bǔ)償光信號(hào)的衰減和對(duì)畸變信 第 2 頁(yè) 共 18 頁(yè) 號(hào)進(jìn)行整形。它們的包層外徑 2b 一般為 123μm。如果纖芯折射率 n1隨著半徑加大而逐漸減小，而包層中折射率 n2是均 勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱為非均勻光纖。 引起光纖損耗的原因很多，第一種因素與光纖材料有關(guān)，主要有吸收損耗和散射損耗 ，第二種因素與光纖的幾何形狀有關(guān)，光纖使用過(guò)程中，彎曲不可避免， 第 3 頁(yè) 共 18 頁(yè) 在彎曲到一定曲率半徑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輻射。 (2) 光纖的散射損耗 瑞利散射損耗。 第 4 頁(yè) 共 18 頁(yè) 光纖 的 色散 特性 信號(hào)在光纖中是由不同的頻率成分和不同模式成分?jǐn)y帶的，這些不同的頻率成分和模式成分有不同的傳播速度，從 而引起色散 ， 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是當(dāng)一束電磁波與電介質(zhì)的束縛電子相互作用時(shí)，介質(zhì)響應(yīng)通常與光波頻率 ? 有關(guān)，這體現(xiàn)在折射率 ()n? 對(duì)頻率的依賴關(guān)系上，此關(guān)系稱為光纖色散特性。 光纖的色散主要由兩方面引起：一是光源發(fā)出的并不是單色光；二是調(diào)制信號(hào)有一定的帶寬。 在數(shù)學(xué)上，光纖的色散效應(yīng)可以通過(guò)在中心頻率 ?0處展成模的傳輸常數(shù) ?的泰勒級(jí)數(shù)來(lái)解決 20 1 0 2 01( ) ( ) ( ) ( )2n c?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? () 0ddmm m???? ????????? ( 0,1,2,m? ) () 參量 ?1， ?2和折射率 n 有關(guān)，它們的關(guān)系表示為 1 1 1 d()dg gn nnc v c???? ? ? ? () 第 5 頁(yè) 共 18 頁(yè) 22 21 d d(2 )ddnnc?????? () 式中 ， ng是群折射率， vg是群速度，脈沖包絡(luò)以群速度運(yùn)動(dòng)。 (2)? 會(huì)引起二次諧波與和頻參放，但在分子結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的 SiO2 光纖中(2)? =0。 折射率對(duì)光強(qiáng)的依賴關(guān)系導(dǎo)致了大量有趣的非線性效應(yīng) ： 其中研究得最廣泛的是自相位調(diào)制 （ SPM） 和交叉相位調(diào)制 （ XPM） 。 在其他方面， XPM 與共同傳輸光脈沖的不對(duì)稱頻譜展寬有關(guān) 。當(dāng)光頻與介質(zhì)共振頻率接近時(shí)， P 的計(jì)算必需采用量子力學(xué)的方法。 為解方程 ()需要做幾個(gè)假設(shè)才能做簡(jiǎn)化，首先，把 NLP 處理成 LP 的微擾，實(shí)際上折射率小于 610? ； 其次假設(shè)光場(chǎng)沿光纖長(zhǎng)度方向其偏振態(tài)不變，因而其標(biāo)量近似有效，事實(shí)并非如此，除非采用保偏光纖，但這種近似非常有效；最后，假定光場(chǎng)是準(zhǔn)單色的，即對(duì)中心頻率為 0? 的頻譜，其譜寬為 ?? ， 且 0/1??? ?? 。 2A? 的單位是 1m? 。它說(shuō)明在此過(guò)程中色散或是非線性效應(yīng)哪個(gè)更重要。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傳輸光纖，在 ?=?m 處， ??2??20ps2/km， ??3W1km1，把這些值代人方程 ()可以看 出，若 T0?100ps， P0 約為 1mW， 對(duì) L50km，色散和非線性效應(yīng)均可忽略。 2002 1DNLPTLL ? ?? ?? () 粗略估計(jì)，若使用 ?=?m 處光纖參量 ?、 ??2?的典型值，對(duì) 1ps 脈沖，應(yīng)有P01W。 GVD 和 SPM 效應(yīng)的相互作用與 GVD 或者 SPM 單獨(dú)起作用相比有不同的表現(xiàn)，在反常色散區(qū) （ 2 0?? ） ，光纖能維持光孤子 。更準(zhǔn)確地說(shuō)，從 z 到 z+h 的傳輸過(guò)程中分兩步進(jìn)行。 數(shù)值模擬 當(dāng) N=10 時(shí)高斯脈沖 變化 情況 圖 當(dāng) N=10 時(shí)三維波形變化圖 第 12 頁(yè) 共 18 頁(yè) 在 N=10 的情況下，當(dāng) ? 時(shí) 開(kāi)始 出現(xiàn)波形分裂現(xiàn)象， 并且隨著傳輸距離的增大，由剛開(kāi)始的尖頂漸漸的變成平頂，但變化過(guò)程比較緩慢。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學(xué) 院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)